緊湊型天然氣離心脫水設備的製作方法
2023-10-19 16:30:52 2
專利名稱:緊湊型天然氣離心脫水設備的製作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種氣、液兩相分離的設備,特別適用於含有微小分散液滴天然 氣的淨化處理方法。
背景技術:
隨著國內外大型天然氣氣田的不斷開發,天然氣在工業領域和城市生活中扮演著 越來越重要的角色。剛從氣井中開採出來的天然氣必須經過脫水、脫硫、除塵等一系列淨化 處理工序之後方能進入輸氣幹線。常規工業脫水方法有低溫冷凝脫水法、溶劑吸收法、固 體乾燥劑吸附法、膜分離法、超音速分離、離心分離等,各種淨化處理方法都有其優缺點和 特定的適用範圍。相關研究人員通過測量、計算發現,從氣井中開採出來的天然氣壓力在 600bar左右,溫度在80-100°C之間,因此在對天然氣進行處理和輸送前必須要對其降壓、 降溫。傳統的降壓、降溫方法主要是利用節流閥使氣體膨脹,但氣體膨脹降壓後釋放出 的大量能量在節流閥處被釋放掉了,造成了浪費。低溫冷凝脫水法是通過透平膨脹機把高 壓天然氣節流降壓致冷,再用低溫分離法從天然氣中回收凝析液。這種方法工藝成熟、成本 低廉、處理量大,在國內不少油田應用較為普遍,其主要缺點是工作過程中容易生成水合 物,需要採取添加抑制劑等防止水合物生成的措施,以及相應配套的抑制劑回收系統;需要 深度脫水時需配備製冷設備,這樣會引起工程投資和使用成本的提高;透平膨脹機有高速 運動部件,製造難度大、可靠性差。溶劑吸收法是利用溶劑(或溶液)對水蒸氣的吸收能力,將天然氣中的水蒸氣吸 收下來,吸收水蒸氣後的溶劑或溶液(生產上稱為富液)經再生後可循環使用。甘醇類化 合物具有很強的吸水性,其溶液冰點較低,所以廣泛應用於天然氣脫水裝置,20世紀30年 代最先用於天然氣脫水的是二甘醇。由於三甘醇(TEC)相比的熱穩定性好,易再生,蒸汽壓 低,攜帶損失量更小,而且對相同質量濃度的甘醇溶液而言,三甘醇易獲得更大的露點降, 因而20世紀50年代後三甘醇逐步取代二甘醇成為最主要的脫水溶劑。但這種脫水方法的 系統工藝流程比較複雜,三甘醇再生過程的能耗比較大,而且會有汙染,需要淨化,加大了 操作成本。固體乾燥劑吸附法是利用固體乾燥劑對水蒸氣的吸附能力,將天然氣中的水蒸氣 吸附下來。固體乾燥劑喪失能力後,用高溫氣流對乾燥劑進行再生,再生的乾燥劑可以重複 利用。常用的乾燥劑主要有活性氧化鋁、矽膠和分子篩,氣體中的水蒸氣吸附在分子篩、矽 膠等吸附劑上達到脫水的目的。與甘醇吸收法相比,吸附法脫水對進料氣溫度、壓力和流量 變化不敏感,小流量脫水較經濟。其主要缺點主要有對於大裝置,設備投資和操作費用都 比較高,吸附劑容易中毒和破碎。氣體膜分離技術是20世紀70年代開發成功的新一代氣體分離技術,其原理是在 壓力驅動下,藉助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內溶解-擴散上的 差異,即滲透速率差來進行分離。天然氣膜法脫水是近年來發展起來的新技術,它克服了傳統淨化的許多不足,表現出較大的發展潛力。美國S印arex、Grace和Air Product等公司 相繼研製開發出了適合市場需求的膜技術、膜產品及工藝裝置,並進行了大量的工業性試 驗,在美國、加拿大、日本等國家已進入工業應用。雖然膜分離法在天然氣脫水應用中有其 內在的優點,潛力非常大,但存在的主要問題有烴的損失,膜的塑化和溶脹性,濃差極化以 及一次性投資較大,因此目前尚未在工業上被廣泛採用,而且應用規模不大。為了克服傳統脫水裝置的不足,進一步提高天然氣脫水的效率,人們不斷對此類 設備進行改進和研究,取得了一些實質性的研究成果,其中超音速分離就是一種相對新穎 的方法。超音速分離技術利用天然氣在超音速狀態下的蒸汽冷凝現象進行天然氣脫水,在 熱力學原理和系統構成上與傳統的天然氣脫水方法有顯著區別。天然氣超音速脫水將膨 脹機、分離器和壓縮機的功能集中到一個管道中,大大簡化了脫水系統的結構,提高了系統 的可靠性,降低了脫水系統的投資、運行費用和環境汙染,具有系統簡單、體積小、無運動部 件、允許在苛刻的環境中使用、操作方便、運行費用低等優點。由英荷皇家Shell公司投 資創辦的Twister公司、俄羅斯3S公司等都先後推出了超音速天然氣脫水設備。例如, Twister公司為馬來西亞的Sarawak氣田設計了一套超音速分離天然氣處理裝置,該項目 已於2004年2月投入生產;2004年9月,第一套工業用3S裝置在俄羅斯一座處理能力超 過4X108m7a的天然氣廠的低溫系統中成功投運,完成了從實驗研製到工業化應用的整個 過程。雖然國內江漢石油機械研究所、勝利油田等單位聯合相關高校開展了一些應用基礎 研究,但因技術難度太大,迄今尚未有工業化的產品推出。從技術原理上來講,離心分離也是實現天然氣脫水的一種可行方法,其基本工作 原理是氣液混合物在相同離心加速度的作用下,因氣液兩相密度的差別而致使其所受到 的離心力和偏離中心的程度不同,從而實現兩相的分離。現有的氣液離心分離裝置體積龐 大,不太適合天然氣脫水行業。鑑於上述原因,有必要進一步研製開發新型的緊湊型天然氣離心脫水設備,以徹 底改變我國現有的天然氣脫水系統複雜、體積大、操作複雜、汙染大、運行費用高的不足。
發明內容本實用新型的目的在於避免上述不足,提供一種緊湊型的天然氣離心脫水系統, 以高效地分離出天然氣中混有的水分。為了實現上述目的,本實用新型採用以下技術方案一種緊湊型天然氣脫水設備,主要由左殼體(8),右殼體(13),左殼體端蓋(5),右 殼體端蓋(18),轉動軸(1),旋轉葉輪(10),預分離室(22),旋轉過濾單元(11)和後分離室 (14)組成,其中左殼體(8)與右殼體(13)通過螺栓(25)進行連接,左殼體端蓋(5)通過 螺栓(6)與左殼體⑶連接,右殼體端蓋(18)通過螺栓(19)與右殼體(13)連接,從而構 成一殼體結構的整體,設備的中心處設置有轉動軸(1),其上按序套裝球軸承(7),旋轉葉 輪(10),旋轉過濾單元(11)和球軸承(21),旋轉葉輪(10)和旋轉過渡單元(11)通過鍵 (24)、(28)與轉動軸(1)連接,旋轉葉輪(10)的前後設置彈性墊圈(26)和套筒(23);旋轉 葉輪(10)的候補與旋轉過渡單元(11)的前部構成預分離室(22),另有旋轉過渡單元(11) 後部構成後分離室(14),各室對應有燃氣出口(15)、(29),殼體結構整體的前部設置有氣 體入口通道(3),後部設置有乾燥氣體出口通道(20),通過拆裝螺釘(4)可安裝機械密封件
4⑵、(17)。首先利用外部動力設備將含有雜質的天然氣從氣體入口(3)進入到分離器中,預 分離室(22)進行粗分離,在電動機的帶動下,旋轉葉輪和過濾單元開始轉動,在旋轉葉輪 的帶動下,氣體獲得一定的角動量,開始做離心運動,在離心力的作用下,密度大的液滴開 始向遠離旋轉軸的方向運動,粒徑較大的液滴從預分離室出口被分離出去,剩下的氣體和 粒徑較小的液滴繼續向前運動,做離心運動的天然氣進入到旋轉過濾單元(11)後,開始在 旋轉過濾單元的圓形管道內繼續做離心運動,在離心力的作用下,密度大的液滴被甩到外 管壁上,聚集形成液膜,沿著外管壁向前運動。當運動到過濾單元末端時,液膜在流出過濾 單元時破碎形成粒徑較大的液滴,在後分離室出口被分離出。本實用新型所提出的緊湊型離心分離裝置的優點在於(1)本實用新型整個分離過程完全是根據工程熱物理的原理進行的,因此分離過 程不會造成汙染。(2)本實用新型的裝置結構緊湊,設備投資及運行成本較低,發生故障概率較低。(3)本實用新型採用雙向機械密封結構,很好的保證了設備的密封效果,將殼體設 計成左右兩部分,使安裝更加簡便。(4)本實用新型有效利用了離心的原理,通過旋轉葉輪帶動氣體轉動,在保證分離 效率的同時還使操作更加方便。
圖1為本實用新型總體結構示意圖。圖2為本實用新型圖1的A向示意圖。
具體實施方式由圖1和圖2示出,一種緊湊型天然氣離心脫水設備,主要由左殼體8,右殼體13, 左殼體端蓋5,右殼體端蓋18,轉動軸1,旋轉葉輪10,預分離室22,旋轉過濾單元11和後 分離室14組成,其中左殼體8與右殼體13通過螺栓25進行連接,中間採用橡膠密封墊圈 9密封,左殼體端蓋5通過螺栓6與左殼體8連接,中間採用密封墊圈27進行密封,墊圈的 材料一般為橡膠。右殼體端蓋18通過螺栓19與右殼體13連接,從而構成一殼體結構的整 體,設備的中心處設置有轉動軸1,其上按序套裝球軸承7,旋轉葉輪10,旋轉過濾單元11和 球軸承21,旋轉葉輪10和旋轉過渡單元11通過鍵24、28與轉動軸1連接,旋轉葉輪10的 前後設置彈性墊圈26和套筒23 ;旋轉葉輪10的候補與旋轉過渡單元11的前部構成預分 離室22,另有旋轉過渡單元11後部構成後分離室14,各室對應有燃氣出口 15、29,殼體結構 整體的前部設置有氣體入口通道3,後部設置有乾燥氣體出口通道20,通過拆裝螺釘4可安 裝機械密封件2、17。 首先利用外部動力設備將含有雜質的天然氣從氣體入口 3進入到分離器中,預分 離室22進行粗分離,在電動機的帶動下,旋轉葉輪10和過濾單元開始轉動,在旋轉葉輪10 的帶動下,氣體獲得一定的角動量,開始做離心運動,在離心力的作用下,密度大的液滴開 始向遠離旋轉軸的方向運動,運動到預分離室22後,粒徑較大的液滴從預分離室出口被分 離出去,剩下的氣體和粒徑較小的液滴繼續向前運動,做離心運動的天然氣進入到旋轉過濾單元11後,為方便測得旋轉過濾單元處氣體的壓力,在右殼體上開一個測壓孔12,開始 在旋轉過濾單元的圓形管道內繼續做離心運動,在離心力的作用下,密度大的液滴被甩到 外管壁上,聚集形成液膜,沿著外管壁向前運動。當運動到過濾單元末端時,液膜在流出過 濾單元時破碎形成粒徑較大的液滴,在離心力的作用下液滴從後分離室出口 14被分離出, 剩下的乾燥氣體從出口 20排出。旋轉葉輪的軸向方向上左側通過軸用彈性擋圈26固定,右側通過套筒23與旋轉 過濾單元連接。旋轉過濾單元的軸向方向上右側通過軸肩固定。為保證有較高的分離效 率,在後分離室處安裝一個擋液環16,這有效地阻止了已分離出的液滴再次進入到乾燥氣 體中。同樣,右殼體與機械密封結構以及有端蓋也是通過螺釘驚醒連接的。考慮到與外部 結構的連接,氣體入口、出口,以及預分離室和後分離室的出口均設計成螺紋口。左右端蓋上面都開有進、出氣孔,氣體入口 3和乾燥燃氣出口 20,為保證設備有良 好的密封效果,採用機械密封結構2、17,通過動、靜密封環之間的運動貼合達到密封的效 果。左殼體8與右殼體13之間以及左殼體端蓋5與右殼體端蓋18之間均設置密封墊圈27 密封,動密封環與軸之間採用0型圈密封。考慮到從氣井中開採出來的天然氣中常含有H2S等腐蝕性氣體,因此氣體入口管 道的壁面、旋轉葉輪10表面、旋轉過濾單元11管道壁面、左、右殼體8、13內壁面以及其他 能與氣體直接接觸的表面均進行防腐處理。旋轉組件採用電動機主動驅動,或利用天然氣中的壓能自行驅動。
權利要求一種緊湊型天然氣離心脫水設備,主要由左殼體(8),右殼體(13),左殼體端蓋(5),右殼體端蓋(18),轉動軸(1),旋轉葉輪(10),預分離室(22),旋轉過濾單元(11)和後分離室(14)組成,其特徵在於左殼體(8)與右殼體(13)通過螺栓(25)進行連接,左殼體端蓋(5)通過螺栓(6)與左殼體(8)連接,右殼體端蓋(18)通過螺栓(19)與右殼體(13)連接,從而構成一殼體結構的整體,設備的中心處設置有轉動軸(1),其上按序套裝球軸承(7),旋轉葉輪(10),旋轉過濾單元(11)和球軸承(21),旋轉葉輪(10)和旋轉過渡單元(11)通過鍵(24)、(28)與轉動軸(1)連接,旋轉葉輪(10)的前後設置彈性墊圈(26)和套筒(23);旋轉葉輪(10)的候補與旋轉過渡單元(11)的前部構成預分離室(22),另有旋轉過渡單元(11)後部構成後分離室(14),各室對應有燃氣出口(15)、(29),殼體結構整體的前部設置有氣體入口通道(3),後部設置有乾燥氣體出口通道(20),通過拆裝螺釘(4)可安裝機械密封件(2)、(17)。
2.根據權利要求1所述的緊湊型天然氣離心脫水設備,其特徵在於後分離室(14)的 下遊處,右殼體(13)的尾部設置有擋液環(16)。
3.根據權利要求1所述的緊湊型天然氣離心脫水設備,其特徵在於轉動軸(1)的材 料為合金鋼。
4.根據權利要求1所述的緊湊型天然氣離心脫水設備,其特徵在於左殼體端蓋(5), 右殼體端蓋(18)上面開有進、出氣孔。
5.根據權利要求1所述的緊湊型天然氣離心脫水設備,其特徵在於左殼體(8)與右 殼體(13)之間以及左殼體端蓋(5)與右殼體端蓋(18)之間均設置密封墊圈(27)密封,動 密封環與軸之間採用0型圈密封。
6.根據權利要求1所述的緊湊型天然氣離心脫水設備,其特徵在於氣體入口管道的 壁面、旋轉葉輪表面、旋轉過濾單元管道壁面、殼體內壁面以及其他能與氣體直接接觸的表 面均進行防腐處理。
7.根據權利要求1所述的緊湊型天然氣離心脫水設備,其特徵在於旋轉組件採用電 動機主動驅動,或利用天然氣中的壓能自行驅動。
專利摘要一種緊湊型天然氣離心脫水設備,主要由沿軸向串聯安裝的預分離室、旋轉葉輪、旋轉過濾單元和後分離室組成。從天然氣氣井中開採出來的天然氣通過管線輸送到緊湊型天然氣離心脫水設備中,在外部動力設備的帶動下,分離器中的旋轉葉輪和旋轉過濾單元開始旋轉,從而使得氣體開始做旋轉離心運動,在離心力的作用下,密度大的液滴開始向遠離轉動軸的方向運動,從而實現氣-液兩相的分離。本實用新型的工作過程是一個純粹的物理分離過程,因此不存在汙染的問題;另外,緊湊的結構使得該設備的運行成本和發生故障的概率均較低。
文檔編號C10L3/10GK201643882SQ201020144308
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者彭晶瑩, 陳家慶 申請人:北京石油化工學院